DE19926488B4

DE19926488B4 - Gerät, insbesondere Schreibgerät

Info

Publication number: DE19926488B4
Application number: DE19926488A
Authority: DE
Inventors: Rainer Dipl.-Ing. Kaufmann
Original assignee: Dataprint R Kaufmann GmbH
Current assignee: EDDING AG, 22926 AHRENSBURG, DE
Priority date: 1999-06-10
Filing date: 1999-06-10
Publication date: 2004-05-27
Anticipated expiration: 2019-06-11
Also published as: DE19926488A1; AU5972000A; WO2000076782A1; EP1187729A1; DE50008909D1; EP1187729B1

Abstract

Gerät, insbesondere Schreibgerät, zum Auftragen von Flüssigkeit auf eine Unterlage mittels eines Auftragselements, enthaltend: eine Flüssigkeitskammer (6), deren Wandung (2,4) mit einer Öffnung (14) ausgebildet ist,
einen kapillaren Flüssigkeitsleiter (16), der die Öffnung (14) ausfüllt und die Flüssigkeitskammer (6) mit dem Auftragselement (12; 24) verbindet,
einen kapillaren Speicher (18), der den Flüssigkeitsleiter (16) außerhalb der Flüssigkeitskammer (6) unmittelbar berührt, und
einen zumindest teilweise durch kapillares Material (4) führenden Belüftungspfad (22, 4), durch den hindurch bei einer Abnahme des in der Flüssigkeitskammer (6) aufgenommenen Flüssigkeitsvolumens Luft in die Flüssigkeitskammer (6) strömt,
wobei die kleinste Kapillarität (II) des Flüssigkeitsleiters (16) größer ist als die des überwiegenden Teils des Speichers (18),
dadurch gekennzeichnet, daß
ein Teil der Wandung (2,4) der Flüssigkeitskammer (6) aus einem kapillarem Material (4) mit einer Häufigkeitsverteilung seiner Kapillaritäten besteht und einen Teil des Belüftungspfades (22, 4) bildet und die kleinste Kapillarität I des...

Description

Die Erfindung betrifft ein Gerät, insbesondere Schreibgerät, gemäß dem Oberbegriff des Anspruchs 1.

Bei einem bekannten gattungsgemäßen Schreibgerät ( DE 4115685C2 ) ist das kapillare Material des Belüftungspfades durch die größten Kapillaren des Flüssigkeitsleiters gebildet. Dies stößt in der Praxis auf einige Probleme:

Zum einen ist insbesondere, wenn als Flüssigkeitsleiter ein kapillarer Docht verwendet wird, die Verteilung der Kapillaren bzw. deren Gleichmäßigkeit über die gesamrte Länge bei der Herstellung des Dochtes nur schwer einstellbar, so daß die Schreibeigenschaften unterschiedlicher Geräte sich voneinander unterscheiden. Zum anderen ist bei gleichmäßiger Verteilung der Kapillaren, insbesondere, wenn Dochte mit kleinen Durchmessern verwendet werden, der Tintenfluß begrenzt, da alle Kapillaren des Flüssigkeitsleiters, deren Kapillarität sich nicht wesentlich von der der Lufteinlaßkapillare unterscheidet, zum Tintenfluß nicht beitragen.

Aus der DE 195 29 865 A1 ist eine Weiterentwicklung des gattungsgemäßen Schreibgerätes bekannt, mit der ein einwandfreies Auftragen von Flüssigkeit auf eine Unterlage unter unterschiedlichsten Bedingungen und mit weitgehend verschiedenen Flüssigkeiten erreicht werden soll. Dazu wird die Entfernung zwischen dem Flüssigkeitsvorrat und dem Auftragselement mittels eines Kanals überbrückt und kann der Lufteinlaß durch einen kapillaren Schlitz gebildet sein, der in der Wandung der Flüssigkeitskammer vorgesehen ist. Damit wird erreicht, daß die Flüssigkeit durch einen Kanal unmittelbar zum Auftragselement transportiert wird, das kurz ausgebildet sein kann und für die auf eine Unterlage aufzubringende Flüssigkeit auch bei großer Kapillarität keinen hohen Strömungswiderstand besitzt. Eine Eigenart des letztgenannten Schreibgerätes liegt darin, daß die Herstellung von Schlitzen mit genau definierter Kapillarität verhältnismäßig aufwendig ist, so daß die Reproduzierbarkeit der einzelnen Schreibgeräte bei großer Stückzahl nicht voll befriedigend ist.

Der Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein gattungsgemäßes Gerät dahingehend weiterzuentwickeln, daß es einfach und mit wohl definierter Funktionsqualität herstellbar ist.

Diese Aufgabe wird mit den Merkmalen des Hauptanspruchs gelöst.

Dadurch, daß der kapillare Lufteinlaß nicht durch die größten Kapillaren des Flüssigkeitsleiters gelöst ist, sondern durch das kapillare Material der Trennwand selbst, können die Eigenschaften des Lufteinlasses weitgehend unabhängig von denen des kapillaren Flüssigkeitsleiters festgelegt werden, wenn nur die vorgegebenen Beziehungen zwischen den Kapillaritäten eingehalten werden. Wenn die gesamte Trennwand aus kapillarem Material besteht, ist deren Herstellung besonders einfach. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Geräts liegt darin, daß es auch bei insgesamt kleinem Durchmesser einen großen Flüssigkeitsdurchlaß durch den Flüssigkeitsleiter zulässt.

Die Unteransprüche sind auf vorteilhafte Ausführungsformen und Weiterbildungen des erfindungsgemäßen Geräts gerichtet.

Das erfindungsgemäße Gerät kann nicht nur als Schreibgerät oder Auftragsgerät für sonstige flüssige Medien verwendet werden, sondern auch als Versorgungseinrichtung für einen Druckkopf, wie er beispielsweise bei einem Tintenstrahldrucker verwendet wird.

Die Erfindung wird im folgenden anhand schematischer Zeichnungen beispielsweise und mit weiteren Einzelheiten erläutert.
Es stellen dar:
1: einen Querschnitt durch ein erfindungsgemäßes Gerät,
2: Kurven zur Erläuterung der kapillaren Eigenschaften der verschiedenen Funktionsteile und
3: eine der 1 ähnliche Ansicht einer abgeänderten Ausführungsform eines Gerätes:
Gemäß 1 weist ein Schreibgerät ein insgesamt zylindrisches Gehäuse 2 auf, dessen Inneres durch eine Trennwand 4 in eine Flüssigkeitskammer 6 und eine weitere Kammer 8 unterteilt ist. An seinem gemäß 1 linken Ende läuft das Gehäuse 2 konisch zu und endet in einem zylindrischen Ansatz 10. In einer Durchgangsöffnung des zylindrischen Ansatzes 10 ist ein Auftragselement 12 aufgenommen, das beispielsweise durch eine Schreibspitze, Malspitze oder durch einen Pinsel gebildet ist.
Die Trennwand 4 weist eine Durchgangsöffnung 14 auf, die von einem als Docht ausgebildeten, kapillaren Flüssigkeitsleiter 16 voll ausgefüllt wird, der bis zu dem Auftragselement 12 reicht und diesem aus der Flüssigkeitskammer 6 Flüssigkeit zuführt.
In der Kammer 8 ist ein kapillarer Speicher 18 aufgenommen, der beispielsweise als Zylinder mit einem Durchgangskanal 20 ausgebildet ist, durch den hindurch der Flüssigkeitsleiter 16 führt. Die Dimensionierung ist derart, daß das Material des Flüssigkeitsleiters 16 zumindest in Teilbereichen unmittelbar in Berührung mit dem Material des Speichers 18 ist.
Der kapillare Speicher kann innerhalb der Kammer 8 mechanisch über nicht dargestellte Ansätze gehalten sein.
Zur Belüftung der Flüssigkeitskammer 6 führt ein Luftkanal 22 durch den Ansatz 10 hindurch. Der kapillare Speicher 18 ist derart ausgebildet, daß die Luft an ihm vorbei durch die Kammer 8 hindurch bis zur Trennwand 4 strömen kann, die aus kapillarem Material besteht.
2 zeigt drei Kurven A, B und C, die die prozentuale Verteilung der Kapillaritäten für den Flüssigkeitsleiter 16 (Kurve A), das Material der Trennwand 4 (Kurve B) und den kapillaren Speicher 18 (Kurve C) angeben. In der Richtung gemäß 2 nach rechts steigt die Kapillarität an, d.h. die Steighöhe, bis zu der eine Flüssigkeit in die jeweilige Kapillare eindringt, nimmt zu. Die Steighöhe ist sowohl durch die Dimensionierung, d.h. insbesondere den Durchmesser der Kapillaren, gegeben, als auch durch die Adhäsion zwischen der Flüssigkeit und dem Material. Punkt I gibt die kleinste Kapillarität des kapillaren Materials der Trennwand 4 an und Punkt II bezeichnet die kleinste Kapillarität des Materials des Flüssigkeitsleiters 16. Bei gleichen Materialien nimmt die Kapillarität mit zunehmendem Durchmesser der Kapillaren ab.
Für eine einwandfreie Funktion des Gerätes ist erforderlich, daß die kleinste Kapillarität I der Trennwand 4, die einen Teil des Belüftungspfades bildet, größer ist als die Kapillarität des überwiegenden Teils des kapillaren Speichers 18 (Kurve C). Andernfalls würde sich der Speicher mit Flüssigkeit vollsaugen. Weiterhin ist wichtig, daß die kleinste Kapillarität I kleiner ist als die kleinste Kapillarität II des Flüssigkeitsleiters 16; andernfalls würde der Bereich des Flüssigkeitsleiters mit der kleinsten Kapillarität als Lufteinlaß dienen.
Vorteilhaft ist, wenn, wie im dargestellten Beispiel, die mittlere Kapillarität des Flüssigkeitsleiters ( bei symmetrischer Verteilung etwa der Scheitelpunkt der Kurve A) größer ist als die der Trennwand (Scheitelpunkt der Kurve B), die wiederum größer als die mittlere Kapillarität des kapillaren Speichers 18 (Kurve C). Infolge nicht völliger Homogenität des jeweiligen Materials ergeben sich Verteilungen der Kapillarität, die mehr oder weniger scharf sind.
Die Funktion des Schreibgerätes ist folgende: Es sei angenommen, daß das Schreibgerät der 1 mit nach unten zeigender Schreibspitze 12 gehalten wird. Solange das Schreibgerät nicht leer geschrieben ist, steht dann über der Trennwand 4 Flüssigkeit. Zunächst saugen sich die kleinsten Kapillaren des Flüssigkeitsleiters 16 infolge der Kapillarität mit Flüssigkeit voll. Dies kann nur geschehen, wenn in der Trennwand 4 größere Kapillaren bzw. Kapillaren mit geringerer Kapillarität vorhanden sind, durch die hindurch Luft in die Flüssigkeitskammer 6 eindringen kann. Wenn der Flüssigkeitsleiter ausschließlich Kapillaren aufweist, deren Kapillarität größer ist als die der Trennwand 4, saugt er sich vollständig mit Flüssigkeit voll. Daß die Flüssigkeit nicht nach unten aus dem senkrecht gehaltenen Schreibgerät ausläuft, liegt daran, daß in der Flüssigkeitskammer 6 ein Unterdruck entsteht, dessen Größe durch die Kapillarität der Kapillaren der Trennwand 4 bestimmt wird und der bei richtiger Abstimmung derart sein muß, daß er dem Gewicht der Flüssigkeitssäule vom oberen Pegel der Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 6 bis zum unteren Ende des Auftragselements 12 standhält. Je nach den Druckverhältnissen sind auch die Kapillaren mit großer Kapillarität der Trennwand 4 mit Flüssigkeit gefüllt.
Wenn das Material des kapillaren Speichers 18 in Berührung mit der vom Flüssigkeitsleiter 16 aufgenommenen Flüssigkeit kommt, so saugen sich nur diejenigen Kapillaren des kapillaren Speichers 18 mit Flüssigkeit voll, die in der Lage sind, die größte Kapillare der Trennwand 4 (deren Bereich mit geringster Kapillarität) "leer" zu saugen und an deren Berührstelle zur Flüssigkeit in der Flüssigkeitskammer 6 eine Luftblase zu bilden.
Bei den in 2 dargestellten Verhältnissen bleibt somit der kapillare Speicher 18 zumindest weitgehend leer.
Wird mit dem Schreibgerät geschrieben, so wird infolge der Adhäsion zwischen dem Auftragselement 12 und einer Unterlage, über die das Auftragselement 12 geführt wird, Flüssigkeit durch den Flüssigkeitsleiter 16 transportiert. Durch die größte Kapillare der Trennwand 4 strömt entsprechend Luft nach.
Wird das Schreibgerät beispielsweise erwärmt oder sinkt der Umgebungsdruck, so sinkt der Unterdruck in der Flüssigkeitskammer 6, wodurch sich die Kapillaren des kapillaren Speichers 18 so weit mit Flüssigkeit füllen können als sie in der Lage sind, diese Flüssigkeit gegen den abnehmenden Unterdruck in der Flüssigkeitskammer 6 infolge der Kapillarkräfte aufzusaugen. Der Unterdruck in der Flüssigkeitskammer 6 nimmt wieder zu, so daß der Vorgang zum Stillstand kommt, ohne daß Flüssigkeit aus dem Auftragselement 12 austritt. Nimmt die Temperatur wieder ab oder der Umgebungsdruck zu, kehrt sich der Vorgang um; der steigende Unterdruck in der Flüssigkeitskammer 6 saugt den kapillaren Flüssigkeitsspeicher 18 leer.
Das beschriebene Gerät kann in vielfältiger Weise abgeändertwerden. Beispielsweise muß die Trennwand 4 nicht vollständig aus Kapillarmaterial bestehen. Sie kann auch beispielsweise einen ringförmigen Bereich aufweisen, der aus dem Kapillarmaterial besteht. Die Kapillaren, sowohl in der Trennwand 4 als auch in dem kapillaren Flüssigkeitsspeicher müssen nicht notwendigerweise dadurch gebildet sein, daß das Material insgesamt porös oder kapillar ist; sie können auch durch definierte Schlitze gebildet sein, die im Falle der Trennwand 4 von der Kammer 8 in die Kammer 6 durch die Trennwand hindurchreichen oder im Falle des kapillare Speichers 18 in unmittelbarer Berührung mit den Kapillaren des Flüssigkeitsleiters 16 sind. Der Belüftungspfad muß nicht notwendigerweisedurch die Kammer 8 und die Trennwand 4 hindurch führen. Er kann auch durch einen in einem anderen Wandbereich der Kammer 6 ausgebildeten Bereich aus kapillarem Material gebildet sein. Auch das von dem Flüssigkeitsleiter 16 voll ausgefüllte Loch 14 muß nicht notwendigerweise in der Trennwand 4 ausgebildet sein.
Insgesamt wird mit der Erfindung eine einfache Herstellbarkeit des Schreibgerätes in wohldefinierter Qualität erreicht, indem das Material des Flüssigkeitsleiters 16, das Schreibsicherheit (Vollsaugen durch genügend hohe Kapillarität sowie ausreichend geringer Durchlaßwiderstand garantiert unabhängig vom Material der Trennwand 4, das mitbestimmend für die Schreibgeschwindigkeit ist, und unabhängig vom Material des kapillaren Speichers 18 gewählt werden kann, der Auslaufsicherheit bei Druckschwankungen garantiert. Im Extremfall können die Materialien derart gewählt werden, daß sehr scharfe Verteilungsfunktionen vorliegen, die dazu führen, daß sich die drei Kurven A, B, C nicht überlappen. Auch bei im Durchmesser kleinen, gut handhabbaren Schreibgeräten ist Funktionssicherheit garantiert.
3 zeigt eine Ausführungsform des Gerätes mit sehr großvolumiger Flüssigkeitskammer 6 und einem Auftragselement 24, wie es beispielsweise als vorne mit Düsen ausgebildeter und über elektrische Leitungen 26 angesteuerter Druckkopf in einem Tintenstrahldrucker verwendet wird. Der Flüssigkeitsleiter 16 führt unmittelbar in das Auftragselement 24 hinein. Ansonsten entspricht die Funktion des Gerätes der 3 der 1. Gleiche Bezugszeichen bezeichnen funktionsgleiche Bauteile.

Claims

Gerät, insbesondere Schreibgerät, zum Auftragen von Flüssigkeit auf eine Unterlage mittels eines Auftragselements, enthaltend: eine Flüssigkeitskammer (6), deren Wandung (2,4) mit einer Öffnung (14) ausgebildet ist, einen kapillaren Flüssigkeitsleiter (16), der die Öffnung (14) ausfüllt und die Flüssigkeitskammer (6) mit dem Auftragselement (12; 24) verbindet, einen kapillaren Speicher (18), der den Flüssigkeitsleiter (16) außerhalb der Flüssigkeitskammer (6) unmittelbar berührt, und einen zumindest teilweise durch kapillares Material (4) führenden Belüftungspfad (22, 4), durch den hindurch bei einer Abnahme des in der Flüssigkeitskammer (6) aufgenommenen Flüssigkeitsvolumens Luft in die Flüssigkeitskammer (6) strömt, wobei die kleinste Kapillarität (II) des Flüssigkeitsleiters (16) größer ist als die des überwiegenden Teils des Speichers (18), dadurch gekennzeichnet, daß ein Teil der Wandung (2,4) der Flüssigkeitskammer (6) aus einem kapillarem Material (4) mit einer Häufigkeitsverteilung seiner Kapillaritäten besteht und einen Teil des Belüftungspfades (22, 4) bildet und die kleinste Kapillarität I des kapillaren Materials des Belüftungspfades größer ist als die des überwiegenden Teils des Speichers (18) und kleiner ist als die kleinste Kapillarität (II) des Flüssigkeitsleiters (16).
Gerät nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die mittlere Kapillarität des Flüssigkeitsleiters (16) größer und die mittlere Kapillarität des kapillaren Speichers (18) kleiner ist als die mittlere Kapillarität des kapillaren Materials (4) des zum Belüftungspfad (22, 4) gehörenden Teils der Wandung (2, 4) der Flüssigkeitskammer (6).
Gerät nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gehäuse (2) des Gerätes durch eine mit der Öffnung (14) ausgebildete und zumindest teilweise aus dem zu dem Belüftungspfad (22, 4) gehörenden kapillaren Material (4) bestehende Trennwand in zwei Kammern (6, 8) unterteilt ist, deren eine die Flüssigkeitskammer (6) bildet und deren andere (8) den kapillaren Speicher (18) aufnimmt und von dem kapillaren Flüssigkeitsleiter (16) durchquert wird.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Flüssigkeitsleiter durch einen Docht (16) und das Auftragselement (12) durch eine Schreibspitze, Malspitze oder einen Pinsel gebildet ist.
Gerät nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, dass das Auftragselement (24) ein Druckkopf eines Druckers ist.